FR2504593A1 - Procede d'utilisation de l'etage de combustion d'un moteur a turbine a gaz et de ce moteur pour chauffer un gaz residuel, et moteur et systeme a turbine a gaz utilises a cet effet - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREIL POUR CHAUFFER UN GAZ RESIDUEL AVANT SA DISPERSION DANS L'ATMOSPHERE. UN MOTEUR A TURBINE A GAZ 10 EST MODIFIE DE MANIERE A RECEVOIR UN GAZ RESIDUEL PROVENANT D'UNE SOURCE 26 ET UTILISE COMME COURANT SEPARE DE REFROIDISSEMENT DE L'ETAGE 14 DE COMBUSTION DE LA TURBINE 10. LE GAZ RESIDUEL EST UTILISE A LA PLACE DE L'EXCEDENT D'AIR COMPRIME POUR REFROIDIR LES PRODUITS DE COMBUSTION JUSQU'A UNE TEMPERATURE CONVENANT A LEUR UTILISATION DANS LA TURBINE 10. LE GAZ RESIDUEL EST AINSI CHAUFFE AVANT D'ETRE DISPERSE DANS L'ATMOSPHERE. DE PLUS, LE RENDEMENT THERMIQUE GLOBAL DE LA TURBINE A GAZ 10 PEUT ETRE AUGMENTE. DOMAINE D'APPLICATION: EVACUATION DE GAZ RESIDUELS TELS QUE DES OXYDES DE CARBONE ET AUTRES.

Description

L'invention concerne un procédé et un appareil destinés à l'élimination

d'un gaz résiduel L'invention concerne, en variante, des perfectionnements apportés aux turbines à gaz L'invention concerne plus particulièrement l'utilisation d'un gaz résiduel comme courant séparé de re- froidissement dans une chambre de combustion de turbine à gaz, de manière que le rendement global dela turbine à gaz puisse être augmenté et que le gaz résiduel soit chauffé

pour faciliter sa dispersion dans l'atmosphère.

Des installations de traitement de pétrole et de gaz, des raffineries et d'autres installations industrielles produisent souvent de grandes quantités de gaz résiduel de valeur faible ou nulle Le gaz résiduel peut être d'origine naturelle, comme c'est le cas, par exemple, de l'anhydride

carbonique (Co 2) qui est souvent produit avec le gaz natu-

rel provenant d'un puits de gaz naturel, ou bien il peut s'agir d'un sousproduit d'une opération industrielle Quelle que soit la source ou le type, ces gaz résiduels peuvent àtrq

évacués Souvent, le seul procédé pratique d'évacuation con-

siste à décharger les gaz résiduels à l'atmosphère.

Toute décharge à l'atmosphère doit évidemment se

conformer aux réglementations en vigueur concernant l'envi-

ronnement Par exemple, la décharge de gaz résiduels tels que l'oxyde de carbone (CO) ou l'hydrogène sulfuré (H 25), est strictement réglementée Cependant, outre les problèmes évidents d'environnement, la décharge de grandes quantités de gaz résiduel, même si elle ne pose pas de problème en ce qui concerne l'environnement, peut être dangereuse pour les

personnes se trouvant à proximité immédiate du point de dé-

charge Si la densité du gaz résiduel déchargé est supérieur à celle de l'air ambiant, le gaz résiduel refoule l'air plus léger en formant une nappe dans la zone de la décharge Ceci crée un risque d'asphyxie pour les personnes se trouvant dans cette zone La décharge de grandes quantités de Co 2 en constitue un exemple La décharge du CO 2 n'est normalement pa répréhensible lorsqu'elle concerne l'environnement Cependant, en raison du fait que le Co 2 est plus dense que l'air, la

décharge de grandes quantités de CO 2 risque d'être dange-

reuse pour des personnes se trouvant dans la zone de la décharge. Le danger indiqué ci-dessus peut être réduit ou supprimé par chauffage du gaz résiduel avant sa décharge. Si la température du gaz est élevée au point que sa densité soit inférieure à celle de l'air ambiant, le gaz s'élève lorsqu'il est déchargé et il se disperse dans l'air ambiant plutôt que de s'étendre en formant une nappe au point de décharge Par conséquent,en préchauffant le gaz résiduel, il est possible d'en décharger de grandes quantités en toute sécurité. Malheureusement, la solution indiquée ci-dessus au problème de l'élimination est indésirable du point de vue économique Le chauffage direct du gaz résiduel consomme de grandes quantités d'énergie et, par conséquent, les cots de rejet sont élevés Il est donc nécessaire de disposer d'un procédé plus économique pour évacuer ou éliminer de

grandes quantités de gaz résiduel.

Un procédé qui a été proposé pour résoudre ce pro-

blème consiste à mélanger le gaz résiduel avec le courant d'échappement d'une turbine à gaz Des turbines à gaz sont

souvent utilisées sur des sites industriels pour des opéra-

tions exigeant une source de force rotative, par exemple la génération d'électricité Des turbines à gaz sont largement utilisées dans l'industrie du pétrole et du gaz Dans les

raffineries, elles sont employées comme unités d'entralne-

ment de compresseurs et de pompes et, sur les puits de pé-

trole et de gaz, elles sont employées pour le maintien de

la pression En général, la température des gaz d'échappe-

ment d'une turbine à gaz industrielle est de l'ordre de 260-

540 C Par conséquent, en introduisant le gaz résiduel à éliminer dans le courant d'échappement d'une turbine à gaz, il est possible de faciliter la résolution du problème posé par l'évacuation du gaz Cette solution, bien qu'apportant une aide certaine, est souvent inadaptée à l'élimination

de la totalité du gaz résiduel disponible.

Brièvement décrite, l'invention traite du pro-

blème de l'élimination par l'utilisation du gaz résiduel sous la forme d'un courant de refroidissement séparé dans une chambre de combustion de turbine à gaz Ceci accroit

notablement la quantité de gaz résiduel qui peut être re-

jetée en toute sécurité par une turbine à gaz et, de plus, il peut en résulter un accroissement du rendement global

de la turbine à gaz.

Les étages de combustion de turbines à gaz com-

prennent une ou plusieurs chambres de combustion séparées, connues sous le nom de caissons de combustion Ces caissons

de combustion comprennent généralement deux zones principa-

les, à savoir une zone de combustion dans laquelle un car-

burant est mélangé à de l'air comprimé et brlé et une zone de dilution ou de refroidissement dans laquelle les produits

chauds de combustion sont mélangés à de l'air comprimé ad-

ditionnel afin de réduire la température des produits de combustion pour la ramener à une valeur ne présentant pas de danger pour la turbine En général, un tiers à un quart seulement de l'air comprimé débité par le compresseur de la turbine est utilisé pour la combustion, la quantité restante étant utilisée pour le refroidissement des produits chauds

de combustion.

Selon l'invention, l'air comprimé utilisé dans la

zone de dilution des caissons de combustion pour le refroi-

dissement des produits chauds de combustion est remplacé par un gaz résiduel comprimé Par conséquent, la quantité

d'air qui doit être comprimée par le compresseur de la tur-

bine est réduite Le gaz résiduel est souvent disponible

sous une pression égale ou supérieure à la pression des pro-

duits de combustion dans l'étage de combustion Dans ce cas, le gaz résiduel peut être introduit directement dans la zone de dilution de l'étage de combustion et la diminution de la

quantité d'air comprimé devant être fournie par le compres-

seur peut entraîner un accroissement du rendement global de

la turbine à gaz Si le gaz résiduel disponible ne pré-

sente qu'une faible pression, les effets bénéfiques de la réduction de la cuantité d'air commrimé demandée peuvent être compensés ou dépassés par la nécessité de comprimer la gaz résiduel Dans tous les cas, du gaz résiduel addi- tionnel peut être ajouté au courant d'échappement de la turbine à gaz afin d'accroître la quantité totale de gaz rejetée. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est un schéma de fonctionnement du système à turbine, à gaz selon l'invention; la figure 2 est un schéma de fonctionnement d'une

variante du système à turbine à gaz selon l'invention, mon-

trant l'utilisation d'un compresseur secondaire pour élever la pression d'un gaz résiduel à basse pression; et

la figure 3 est une coupe longitudinale d'un cais-

son typique de combustion d'une turbine à gaz, modifié con-

formément à l'invention.

La figure 1 représente schématiquement l'utilisa-

tion du système à turbine à gaz selon l'invention pour l'évacuation de gaz résiduel à haute pression La figure 2 montre l'utilisation de l'invention pour l'évacuation de gaz résiduel à basse pression Si l'on se refêre à présent

aux figures 1 et 2, la turbine à gaz selon l'invention com-

prend essentiellement une turbine 10, un compresseur d'air 12 et un étage modifié 14 de combustion La turbine à gaz est utilisée pour entraîner une charge 16 qui peut prendre toutes formes exigeant une source de force de rotation Par exemple, la charge 16 peut être un jénérateur électrique,

une pompe ou un compresseur La turbine 10 est liée mécani-

quement à la charge 16 par un arbre 18 d'entraînement qui peut comporter un équipement intermédiaire et supplémentaire

de transmission de force tel que des enqrenages, des réduc-

teurs de vitesse, des embrayages, des transmissions ou autres (non représentés) La turbine 10 et le compresseur 12 sont

C 459

reliés mécaniquement par un arbre 20 d'entraînement du compresseur De même que pour l'arbre 18, l'arbre 20 du compresseur peut comporter un équipement intermédiaire

et supplémentaire de transmission de force (non représen-

té) L'arbre 18 et l'arbre 20 d'entraînement du compres-

seur sont actionnés par la turbine 10.

Les étages de combustion des turbines à gaz ont

des conceptions et des agencements qui varient largement.

Pour plus de détails sur la conception d'étages de combus-

tion, on peut se reporter à l'ouvrage "Sawver's Gas Turbine

Engineering Handbook, Second Edition, Gas Turbine Puclica-

tions, Inc, 1976, et on peut consulter plus particulièrement le chapitre 7 intitulé "Combustor Design" de Herbert R. Hazard, volume 1, pages 151- 167 Les étages de combustion

de turbines à gaz comprennent une ou plusieurs chambres sé-

parées de combustion qui seront désignées ci-après par l'ex-

pression "Caissons de combustion" Chaque caisson de combus-

tion comprend une zone primaire dans laquelle un combustible est brûlé et une zone de dilution dans laquelle les produits de combustion sont refroidis L'étage de combustion peut être totalement indépendant de la turbine et du compresseur d'air associé, ou bien, en variante, il peut être intégré à la turbine et au compresseur d'air En général, un étage de combustion de turbine à gaz comprend plusieurs caissons de combustion agencés de façon à former un anneau autour de l'ar

bre d'entraînement reliant la turbine au compresseur d'air.

Quel que soit le type d'agencement, tous les éta-

ges de combustion exécutent les mêmes fonctions fondamentales

Un combustible est injecté au moyen d'un injecteur d'atomisa-

tion dans la zone primaire du caisson de combustion, zone dans laquelle il est mélangé avec de l'air comprimé fourni Diar le compresseur de la turbine et allumé Les produits chauds

de combustion sont ensuite mélangés à de l'air comprimé ad-

ditionnel dans une zone secondaire de dilution du caisson de

combustion Cette dilution a pour but de refroidir les pro-

duits de combustion à une température convenant à une utili-

sation dans la turbine et de refroidir le caisson de combustic

lui-même Normalement, environ un tiers à un quart seule-

ment de l'air comprimé fourni par le compresseur de la tur-

bine est utilisé pour la combustion Les deux tiers à trois

quarts restants de l'air comprimé sont utilisés pour la di-

lution et le refroidissement. Selon l'invention,l'air comprimé utilisé pour la

dilution et le refroidissement est remplacé par un gaz ré-

siduel sous pression On peut de nouveau se référer aux fi-

gures 1 et 2 qui représentent schém 3 tiquement un étage mo-

difié 14 de combustion Comme indiqué précédemment, l'étage modifié 14 de combustion comprend typiquement plusieurs

caissons individuels de combustion agencés de façon à for-

mer un anneau autour de l'arbre 20 d'entratnement du com-

presseur Cependant, pour plus de clarté, on suppose que l'étage modifié 14 de combustion ne comprend qu'un caisson de combustion Le trait pointillé indique la limite entre

la zone 22 de combustion et la zone 24 de dilution.

La source 26 de gaz résiduel (représentée so une

forme simplifiée) peut être toute source produisant de gran-

des quantités de gaz résiduel La température du gaz rési-

duel au niveau de la source 26 est en général inférieure ou

égale à la température ambiante Si l'on se réfère A pré-

sent à la figure 1, on suppose que le gaz résiduel est dis-

ponible à une pression égale ou supérieure à celle des pro-

duits de combustion dans l'étage modifié 14 de combustion.

Par exemple, du C 02 peut être produit sous forme de gaz ré-

siduel provenant d'installations de traitement de gaz natu-

rel, sous des pressions très élevées Dans ce cas, le gaz résiduel s'écoule directement de la source 26 vers la zone 24 de dilution de l'étage modifié 14 de combustion, en passant

par une conduite 28 Cette dernière peut porter un équipe-

ment supplémentaire de régulation de pression et/ou de débit (non représenté) Si, par ailleurs, le gaz résiduel n'est disponible qu'à une basse pression, sa pression doit être

relevée avant son entrée dans l'étaae modifié 14 de combus-

tion Comme représenté sur la figure 2, cette mise sous pression s'effectue au moyen d'un compresseur secondaire

Ce compresseur secondaire 30 peut être entraîné indépen-

damment de la turbine 10 En variante, comme montré sur la

figure 2, le compresseur secondaire 30 peut être lié méca-

niquement au compresseur 12 par un arbre 32 d'entraînement du compresseur secondaire Dans ce cas, la force d'entrée destinée à l'entraînement du compresseur secondaire 30 est

produite par la turbine 10 et transmise au compresseur se-

condaire 30 par l'arbre 20 d'entraînement, le compresseur

12 et l'arbre 32 d'entraînement du compresseur secondaire.

D'autres procédés d'entraînement du compresseur secondaire

sont évidents à l'homme de l'art Le gaz résiduel s'écou-

le de la source 26 vers l'entrée du compresseur secondaire par une conduite 34 Après compression, le gaz résiduel s'écoule du compresseur secondaire 30 vers la zone 24 de

dilution de l'étage modifié 14 de combustion par une con-

duite 36 qui peut comporter un équipement supplémentaire

de régulation de pression et/ou de débit (non représenté).

La figure 3 représente un étage 14 de combustion

de conception modifiée Un combustible arrive à l'étage mo-

difié 14 de combustion par une conduite 38 de combustible et il est pulvérisé dans la zone 22 de combustion par une buse d'atomisation L'air entre dans le compresseur 12 par un conduit 54 d'admission d'air Après avoir été comprimé, l'air est dirigé vers la zone 22 -de combustion en passant par une conduite 42 d'air comprimé L'air comprimé entre dans la zone de combustion en passant sur des ailettes 44

de turbulence qui entourent le conduit 38 de combustible.

Ces ailettes de turbulence, qui sont bien connues de l'homme de l'art, ont pour but de créer un écoulement turbulent qui

favorise le mélange du combustible et de l'air comprimé.

Ce mélange favorise lui-même une combustion complète Le gaz résiduel sous pression arrivant par la conduite 28 (figure 1) ou par la conduite 36 (figure 2) s'écoule dans une chemise 46 qui entoure la zone 22 de combustion Le gaz résiduel rentre à l'intérieur de l'étage de combustion par des orifices 48 Le nombre d'orifices nécessaires dépend de plusieurs facteurs tels que le débit d'écoulement, la

pression et la température Les produits chauds de combus-

tion et le gaz résiduel sont mélangés dans la zone 24 de dilution Ce mélange donne le fluide de travail qui sera utilisé pour entraîner la turbine D'autres procédés pour modifier des étages de combustion existants ou nour concevoir

de nouveaux étages de combustion pouvant être utilisés con-

formément à l'invention peuvent sembler évidents aux spé-

cialistes des étages de combustion.

Apres combustion et dilution, le fluide de travail sort de l'étage modifié 14 de combustion et s'écoule par une conduite 50 vers l'entrée de la turbine 10 Après avoir exécuté un certain travail dans la turbine, le fluide de travail usé s'échappe à l'atmosphère par une conduite 52 d'échappement Du gaz résiduel additionnel peut être ajouté

à la conduite d'échappement au moyen d'une conduite 55.

Lors de la mise en oeuvre du procédé de l'inven-

tion, l'air comprimé normalement utilisé pour une fonction de refroidissement dans la zone de dilution de l'étage de

combustion de la turbine à gaz est remplacé par du gaz ré-

siduel sous pression Il en résulte une réduction corres-

pondante de la quantité d'air devant être comprimée par le compresseur d'air de la turbine Si, comme c'est souvent le cas, le gaz résiduel est disponible sous une pression

élevée, la diminution de la quantité d'air devant être com-

primée entraîne un accroissement du rendement global de la turbine. L'étage 14 de combustion de la turbine à gaz doit

être modifié afin de recevoir le gaz résiduel sous pres-

sion sous la forme d'un courant séparé de refroidissement devant être utilisé dans la zone 24 de dilution Ce courant de refroidissement doit être maintenu à l'écart de l'air

comprimé utilisé pour la combustion dans la zone 22 de com-

bustion Un procédé pour modifier un étage de combustion de turbine à gaz typique, conformément à l'invention, est illustré sur la figure 3 D'autres procédés pour modifier des étages de combustion de turbine à gaz pour la mise

en oeuvre du procédé de l'invention sont évidents à l'hom-

me de l'art.

Si le gaz résiduel est disponible sous une pres-

sion assez élevée pour être utilisée dans l'étage modifié 14 de combustion comme montré sur la figure 1, il peut être introduit directement dans la zone 24 de dilution de l'étage modifié 14 de combustion Par contre, si le gaz résiduel n'est disponible que sous une faible pression, comme illustré sur la figure 2, un compresseur auxiliaire doit être utilisé pour comprimer le gaz résiduel avant

son utilisation dans l'étage modifié 14 de combustion.

Dans tous les cas, le gaz résiduel additionnel peut être ajouté au courant 52 d'échappement de la turbine à gaz

afin d'accroître la quantité totale de gaz résiduel rejetée.

EXEMPLE

On a procédé à une étude par ordinateur afin de

comparer les caractéristiques de fonctionnement d'un mo-

teur à turbine à gaz classique (cas numéro 1) avec celles

d'un moteur à turbine à gaz modifié conformément à l'in-

vention (cas numéro 2) Les particularités du programme de calcul utilisées ne sont pas indiquées dans le présent mémoire Cependant, le programme est basé sur des principes classiques de la thermodynamique, bien connus de l'homme de 'L'art Les résultats indiqués dans le présent mémoire peuvent être aisément retrouvés par l'homme de l'art, avec

ou sans l'aide d'un calculateur.

Dans les deux cas, on suppose que le moteur à turbine à gaz présente une puissance nominale de 3725 k W.

Le débit d'écoulement de combustible est réglé à une va-

leur de 2270 kilogrammes-moles par jour On suppose que la pression absolue du combustible est de 5600 k Pa et que la

température du combustible est réglée à 4,50 C La composi-

tion du gaz combustible utilisé est la suivante: Elément Pourcentage molaire Anhydride carbonicue 19,98 Méthane 77,05 Ethane 1,17 Propane 0,26 n-Butane 0,07 Azote 1,47 ,00

Pour déterminer la quantité d'air nécessaire à la can-

bustion, on suppose que tous les élements combustibles du gaz combustible sont complètement transformés en anhydride

carbonique (CO 2) ou en eau (H 20) Sur la base de cette sup-

position, un équilibre stoechiométrique est utilisé pour

déterminer la quantité d'oxygène (O 2) nécessaire à une con-

version complète de la totalité des matières combustibles.

Ce calcul montre qu'il faut 18 000 kilogrammes-moles d'air pour donner assez d'oxygène pour br Gler complètement 2270

kilogrammes-moles du gaz combustible précédent.

Une combustion complète de 2270 kilogrammes-moles

par jour du gaz combustible précité permet au moteur à tur-

bine à gaz de recevoir de la chaleur à raison, au total, de 60 860 MJ/h Par conséquent, si le moteur à turbine à gaz fonctionnait à un rendement thermique de 100 31, la puissance de sortie serait de 16 903 k W. De façon typique, la quantité d'air comprimé utilisée dans un étage de combustion de turbine à gaz pour la dilution et le refroidissement est de deux à trois fois

supérieure à la quantité nécessaire à la combustion complè-

te Dans le cas numéro 1, on suppose que la quantité d'air de dilution est de 2,5 fois supérieure à la quantité d'air de combustion Par conséquent, la quantité totale d'air comprimé utilisée dans le cas numéro I est éqale à 3,5 fois les 18 000 kilogrammes-moles par jour demandés pour la seule combustion, soit 63 000 kiloqrammes-moles par

jour On suppose que cet air est disponible sous une pres-

sion absolue de 98 k Pa et à une température de 320 C avant d'être comprimé à une pression absolue de travail de il

560 k Pa De plus, on suppose que l'air est saturé à 100 %.

Dans le cas numéro 2, on suppose que le gaz ré-

siduel est de l'anhydride carbonique (Co 2) On suppose que le C 02 est disponible sous une pression absolue de 371 k Pa et à une température de 200 C, et qu'il est ensuite

comprimé à une pression absolue de 563,5 k Pa pour être uti-

lisé dans l'étage modifié de combustion.

On suppose que la composition du CO 2 est la sui-

vante Elément Pourcentage molaire Anhydride carbonique 98,74 Méthane 0,89 Ethane 0,09 Propane 0,10 n-Butane 0,17 Eau 0,01 ,00

Les caractéristiques données ci-dessus sont typi-

ques de courants de C 02 qui sont souvent produits sous forme

de résidus dans des installations de traitement de gaz na-

turel. Pour assurer une combustion complète, on suppose, dans le cas numéro 2, qu'on utilise un excédent de 50 % d'air comprimé Par conséquent, la quantité totale d'air

comprimé utilisée est de 27 000 kilogrammes -moles par jour.

De même que dans le cas numéro 1, on suppose que cet air est saturé à 100 S La partie restante de l'air comprimé utilisée dans le cas numéro 1 est remplacée par 18 160 kilogrammes-moles par jour de CO 2

Le tableau suivant permet de comparer les carac-

téristiques de travail des deux systèmes: Cas ^^ 1 Cas N O 2 Température à l'entrée de a turbine 42 828 Température à la sortie de la turbine C C) z 19 554 Puissance au frein obtenue à la turbine (k W) 8 277 6 083 Puissance au frein de campression dt-awnee Air (k W) 5 212 2 234 Co 2 (ka) _ 235 Total E 212 2 469 Puissance au frein nette (k W) 3 065 3 614 Rendement thermique (%) 18,13 21,38 Dans les deux cas, on suppose que les rendements du compresseur et du détendeur sont respectivement de 80 %

et 85 % La températurede sortie de la turbine est déter-

minée, dans chaque cas, par comparaison de l'enthalpie du courant d'échappement avec celle des courants d'admission combinés (air comprimé, CO 2 et combustible) On fait varier

la température de sortie jusqu'à ce que la différence en-

tre les enthalpies ci-dessus soit exactement égale au pro-

duit du débit d'écoulement du combustible par le pouvoir

calorifique net du combustible.

Dans l'exemple précédent, 18 160 kilogrammes-moles par jour de Co 2 comprimé sont utilisés pour remplacer 36 000 kilogrammes-moles par jour d'air comprimé Comme cela est souligné par la différence entre les températures à l'entrée de la turbine, la plus faible quantité de CO 2 donne

un meilleur refroidissement que la plus grande quantité d'air.

Dans le cas numéro 2, le débit massique total d'écoulement à travers la turbine est inférieur de 17 840 kilogrammes-moles par jour à celui du cas numéro 1 Cette

diminution du débit massique d'écoulement est la cause fon-

damentale de la diminution de la puissance de la turbine lorsqu'on passe du cas numéro 1 au cas numéro 2 Cependant, ce qui est plus important, alors que la puissance totale

obtenue diminue du cas numéro I au cas numéro 2, la puis-

sance nette utilisable pour le travail est considérablement

plus grande dans le cas numéro 2 que dans le cas numéro 1.

Ceci est dû à la réduction sensible de la puissance deman-

dée pour la compression De plus, le rendement thermique global est meilleur dans le cas numéro 2 que dans le cas numéro 1. Dans le cas numéro 2, on suppose que le Co 2 est disponible sous une pression absolue de 371 k Pa et qu'il est soumis à une com Dression supplém-entaire le portant à une pression absolue de 563,5 k Pa Cette compression demande 235 k W Si le CO 2 était disponible à une pression absolue supérieure à 563,5 k Pa, cette puissance de 235 k W serait

inutile, ce qui aurait pour résultat un accroissement sup-

plémentaire de la puissance nette disponible et du rende-

ment thermique Inversement, si le CO 2 n'est disponible qu'à une faible pression, une puissance supérieure à 235 k W peut être nécessaire pour la compression Ceci peut annuler une partie ou la totalité des accroissements de la puissance E

du rendement thermique.

Outre l'avantage principal qui est de rejeter de

grandes quantités de CO 2, un avantage supplémentaire présen-

té par l'invention est que, lorsque du Co 2 est utilisé pour la dilution, un débit massique d'écoulement réduit a pour

résultat la génération d'une puissance nette égale ou supé-

rieure Etant donné que le débit massique d'écoulement est l'un des facteurs limitatifs de la conception d'une turbine à gaz, il est possible d'utiliser une turbine plus petite

pour effectuer un travail particulier.

On donne ci-dessous une comparaison des possibili-

tés de dispersion du CO 2 pour le cas numéro 1 et pour le cas numéro 2 Aux fins de cette comparaison, on suppose que, dans les deux cas, le débit d'écoulement des gaz d'échappement est

de 45 400 kilogrammes-moles par jour.

Cas no i Cas ni 2 Temnpérature d'échappcnent ( C) 519 554 Quantité de CO 2 l'à pe:

(%) 3,49 43,58

kilogrames-oies jour) 1 535 19 785 Quantité de CO 2 ajoutée à l'échappemen t à 38 C (kilogrannes-r Dles par jour) 64 470 83 080 Tepérature à la chenin' ée ('C) 208 214 Quantité totale de CO, distersée (kilogranmes-moles par jour) 66 050 102 865 On suppose, dans la comparaison ci-dessus, qu'une

température finale en cheminée d'au moins 204 C est néces-

saire pour assurer une dispersion convenable dans l'atmos-

phère Dans le cas numéro 1, le courant d'échappement con-

tient 1585 kilogranmmes-moles par jour de C 02, produit lors du processus de combustion De plus, 64 470 kilogrammes-moles par jour de CO 2, d'une température de 38 C, peuvent être

ajoutés au courant d'échappement, ce qui donne une tempéra-

ture finale du courant d'échappement de 208 C Par consé-

quent, la quantité totale de CO 2 qui peut être dispersée par une turbine à gaz classique ayant un débit massique d'écoulement de 45 400 kilograimmes-moles par jour est de

66 050 kilogrammes-moles par jour.

Dans le cas numéro 2, le courant d'échappement contient 19 785 kilogrammes-moles par jour de CO 2 dont la plus grande partie est ajoutée à des fins de dilution De plus, on peut ajouter 83 080 kilogrammes-moles par jour de

* C 02 à 38 C au courant d'c chappement, ce qui donne une tem- pérature d'échappement de 214 'C La quantité totale de CO 2 dispersée par

un motcur à turbine à gan modifié conformément

à la présente invention et ayant un débit massique d'écou-

lement de 45 400 kilograimnes-moles par jour est de 102 865

kilogrammes-moles par jour.

Le procédé et l'appareil selon l'invention, ainsi que le meilleur mode prévu de mise en oeuvre de ce procédé,

ont été décrits.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu-

vent être apportées au procédé et t l'appareil décrits et re-

présentés sans sortir du cadre de l'invention Par exemple, tant que l'air de combustion est maintenu séparé du gaz ré- siduel, toute conception d'étage de ccmbustion peut être utilisée De

plus, des gaz résiduels autresque du CO 2 peuvent être utili-

sés.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1 Procédé d'utilisation d'un moteur * turbine à gaz comportant un compresseur d'air ( 12), un étage ( 14) de combustion et une turbine ( 10) pour chauffer un gaz résiduel

avant la dispersion de ce dernier dans l'atmosphère, le pro-

cédé étant caractérisé en ce au'il consiste à introduire le

gaz résiduel, sous 'La forme d'un courant séparé de refroi-

dissement, dans la zone de dilution ( 24) de l'Itage de com-

bustion de la turbine à gaz, et à disperser le gaz résiduel

dans l'atmosphère.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu'il consiste en outre à utiliser un second compres-

seur ( 30) destiné à comprimer le gaz résiduel avant son in-

troduction dans l'étage de combustion de la turbine a gaz.

3 Procédé d'utilisation de l'étage de combustion

( 14) d'un moteur à turbine à gaz pour chauffer un gaz rési-

duel avant sa décharge à l'atmospnère, l'étage de combustion

comportant une zone ( 22) de combustion dans laquelle un com-

bustible est mélangé à de l'air comprimé et brlé pour don-

ner des produits de combustion, et une zone ( 24) de dilution

dans laquelle les produits de combustion sont refroidis jus-

qu'à une température convenant à leur utilisation dans la

turbine ( 10), le procédé étant caractérisé en ce qu'il con-

siste à introduire le gaz résiduel, sous forme de fluide sé-

paré de refroidissement, dans ladite zone ( 24) de dilution

de l'étage ( 14) de combustion afin que la chaleur soit trans-

mise desdits produits de combustion au gaz résiduel, à faire passer le gaz résiduel chauffé et les produits de combustion

dans la turbine ( 10) de manière que de l'énergie soit trans-

férée à cette dernière, et à évacuer à l'atmosphère le gaz

résiduel chauffé et les produits de combustion.

4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé

en ce qu'il consiste en outre à utiliser un compresseur sé-

paré ( 30) pour comprimer le gaz résiduel avant son introduc-

tion dans la zone ( 24) de dilution de l'étage de combustion.

5 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 2, 3 et 4, caractérise en ce qu'il consiste en

250459:

outre à introduire du gaz résiduel supplémentaire dans le

courant d'échappement du moteur à turbine à gaz.

6 Moteur Z turbine à caz utilisé pour chauffer un gaz résiduel avant la dispersion de ce dernier dans l'atmosphère, caractérisé en ce qu'il comporte un compres-

seur d'air ( 12), une turbine ( 10) et un étage ( 14) de com-

bustion qui comprend une zone ( 22) de combustion dans la-

quelle un combustible est mélangé à de l'air comprimé pro-

venant du compresseur d'air et est br Mlé, et une zone ( 24) de dilution dans laquelle les produits de combustion sont mélangés à un gaz résiduel comprimé, de manière que les

produits de combustion soient refroidis jusqu'à une tempé-

rature convenant à leur utilisation dans la turbine et que

le gaz résiduel soit chauffé pour être dispersé dans l'at-

mosphère.

7 Moteur à turbine à gaz selon la revendication

6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un second com-

presseur ( 30) destiné à comprimer le gaz résiduel avant son introduction dans la zone ( 24) de dilution de l'étage de

combustion.

8 Moteur à turbine à gaz selon l'une des revendi-

cations 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre

un élément ( 55) destiné à introduire du gaz résiduel addi-

tionnel dans le courant d'échappement de la turbine.

9 Système à turbine à gaz utilisé pour évacuer un gaz résiduel, caractérisé en ce qu'il comporte une source ( 26) de gaz résiduel comprimé, un compresseur d'air ( 12) qui

présente une entrée ( 54) destinée à l'admission d'air atmos-

phérique dans ledit compresseur, et une sortie ( 42) destinée à l'émission d'air comprimé, un étage ( 14) de combustion qui comprend au moins un caisson de combustion présentant une

zone ( 22) de combustion dans laquelle un combustible est mé-

langé à de l'air comprimé provenant du compresseur et est brûlé pour donner des produits de combustion, et une zone ( 24) de dilution dans laquelle les produits de combustion sont mélangés à du gaz résiduel comprimé provenant de la source de gaz résiduel comprimé afin dc former un fluide de travail, de manière que les produits de combustion soient refroidis et que le gaz résiduel comprimé soit chauffé, le système comprenant également une turbine ( 10) qui présente une entrée destinée à l'admission du fluide de travail et une sortie destinée à l'échappement du fluide

de travail après que ce dernier a effectué un certain tra-

vail sur la turbine.

Système à turbine qaz selon la revendica-

tion 9, caractérisé en ce que la source de gaz résiduel comprimé comprend un compresseur ( 30) ayant une entrée ( 34) destinée à l'admission de gaz résiduel à basse pression et

une sortie ( 36) destinée à l'5 mission de gaz résiduel com-

primé vers la zone ( 24) de dilution de l'étage de combus-

tion.

11 Système à turbine à gaz selon l'une des reven-

dications 9 et 10, caractérisé en ce qu'il comporte en ou-

tre un élément ( 55) destiné à introduire un gaz résiduel

additionnel dans le courant d'échappement de la turbine.